一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)，具體涉及一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
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[0002]在燃?xì)馔钙街校捎陔x心力引起的葉片伸長(zhǎng)，以及動(dòng)葉與護(hù)環(huán)之間高溫膨脹差，不帶圍帶的旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉片與護(hù)板存在葉頂間隙，葉頂間隙中的工質(zhì)泄漏是其主要損失源之一。因此，有效控制透平葉頂泄漏是提高燃?xì)馔钙叫实囊粋€(gè)有效途徑。透平動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研宄中的首要目標(biāo)為控制工質(zhì)通過(guò)葉頂間隙從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域，有效地減小泄漏量以及泄漏流對(duì)主流的影響，顯著提高燃?xì)馔钙降墓ぷ餍省?br>[0003]由于葉頂間隙泄漏流具有高速、高溫和薄邊界層的特點(diǎn)，暴露在高溫泄漏流的葉頂區(qū)域承受高而不均勻的熱負(fù)荷，使得葉頂成為動(dòng)葉易燒蝕和失效的區(qū)域之一。透平動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研宄中的另一個(gè)重要目標(biāo)是降低葉頂區(qū)域金屬材料的溫度，減小葉頂區(qū)域的溫度梯度，提高葉片本體使用壽命。減小葉頂溫度的主要措施有:(I)減小葉頂間隙，減少葉頂泄漏量并降低頂部對(duì)流換熱量；(2)采用凹槽式葉頂結(jié)構(gòu)，凹槽起到迷宮密封的作用，增加流動(dòng)阻力以減少泄漏量，并降低頂部換熱率，而且凹槽式葉頂與護(hù)環(huán)的摩擦減少潛在的嚴(yán)重磨損或失效。
[0004]為了獲得更高的熱效率和功率輸出，現(xiàn)代高性能燃?xì)廨啓C(jī)透平進(jìn)口溫度不斷提高，加劇了動(dòng)葉葉頂燒蝕問(wèn)題的嚴(yán)重性。傳統(tǒng)的凹槽葉頂結(jié)構(gòu)雖然能有效的控制葉頂泄漏流動(dòng)，但由于其不理想的冷卻傳熱特性常常引起透平葉頂燒蝕，并引起透平葉頂間隙逐漸增大、冷卻通道短路等，導(dǎo)致透平工作效率降低，嚴(yán)重影響燃?xì)廨啓C(jī)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)，使其既能有效的控制燃?xì)馔钙絼?dòng)葉與護(hù)環(huán)之間的葉頂泄漏流動(dòng)，同時(shí)又能夠有效減小葉頂溫度，提高葉片本體的使用壽命。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在葉片本體頂部外表面上的梯形隔肋和若干射流孔；其中，梯形隔肋的上表面和內(nèi)表面之間開(kāi)設(shè)有沿梯形隔肋內(nèi)側(cè)延伸的凹口。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:葉片本體包括壓力面和吸力面，以及將壓力面和吸力面左右兩端相連的前緣和尾緣，葉片本體的頂部通過(guò)葉片頂板密封，葉片本體內(nèi)部為冷卻通道；若干射流孔沿著葉片本體的中弦區(qū)至尾緣方向延伸并與冷卻通道相連通。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:梯形隔肋設(shè)置在吸力面、前緣以及與前緣連接部分的壓力面頂部外表面上，吸力面頂部外表面上的梯形隔肋沿著葉片本體的前緣至尾緣方向延伸，壓力面頂部外表面上的梯形隔肋沿著前緣至中弦區(qū)域延伸布置在葉片前緣區(qū)域，且梯形隔肋在壓力面頂部外表面所占部分為壓力面整個(gè)頂部外表面的0% -10%。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:未設(shè)置梯形隔肋的壓力面頂部外表面設(shè)置有倒圓角。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:若干射流孔開(kāi)設(shè)在葉片本體的壓力面一側(cè)。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:射流孔是與葉片頂板有一定夾角的斜孔，且該夾角為銳角。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:壓力面的內(nèi)表面和吸力面的內(nèi)表面之間通過(guò)若干隔間設(shè)置的隔板相連。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:梯形隔肋的凹口為錐形凹口，且錐形凹口與梯形隔肋的內(nèi)表面之間的角度為45°?70°。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:梯形隔肋的凹口為凹形凹口，且凹形凹口的曲率半徑為 0.3mm-3mmo
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:梯形隔肋的凹口為凸形凹口，且凸形凹口的曲率半徑為 0.3mm-3mmo
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0018]I)本發(fā)明的葉頂結(jié)構(gòu)包括位于葉片本體頂部外表面上的梯形隔肋。葉頂結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流體來(lái)自從前緣和壓力面進(jìn)入的泄漏流。泄漏流越過(guò)前緣區(qū)域的梯形隔肋進(jìn)入后，在頂板前部靠近吸力面?zhèn)葏^(qū)再附著，進(jìn)而形成回流渦，以較低的流速向頂部結(jié)構(gòu)的尾部流動(dòng)，有效的抑制了從壓力面進(jìn)入的泄漏流，減小了頂部結(jié)構(gòu)的換熱強(qiáng)度。同時(shí)，該梯形隔肋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在燃?xì)馔钙竭\(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)梯形隔肋磨損或微裂紋時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)快速維修，葉片本體的可維修性高。
[0019]2)本發(fā)明的射流孔與葉片本體冷卻通道相連通，并與葉片頂板具有一定的夾角，射流孔的布置不僅對(duì)葉片頂板和梯形隔肋具有較高的冷卻效率，且在一定程度上抑制了葉頂高溫泄漏流，減少了葉頂泄漏損失，提高了透平工作效率。
[0020]3)本發(fā)明的梯形隔肋具有用于引導(dǎo)高溫燃?xì)夤忭樤竭^(guò)梯形隔肋流向主流燃?xì)獾陌伎?，該凹口減少高溫燃?xì)鈱?duì)梯形隔肋的直接沖擊，降低葉頂梯形隔肋的溫度，減小了葉頂區(qū)域的溫度梯度。同時(shí)，本發(fā)明減輕了葉片頂部質(zhì)量，降低了葉頂剛度，從而提高了燃?xì)馔钙竭\(yùn)行安全可靠性。
【附圖說(shuō)明】
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[0021]圖1是本發(fā)明具有抑制葉頂間隙泄漏和減小葉頂溫度的燃?xì)馔钙絼?dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1的俯視圖；
[0023]圖3是圖1中A-A處的剖視圖，其顯示了葉片前緣區(qū)域頂部間隙泄漏渦流分布；
[0024]圖4是圖1中B-B處的剖視圖，其顯示了葉片中弦區(qū)域頂部間隙渦流分布；
[0025]圖5是梯形隔肋實(shí)施例1的橫截面?zhèn)纫晥D，其顯示了減小梯形隔肋溫度的錐形凹P ;
[0026]圖6是梯形隔肋實(shí)施例2的橫截面?zhèn)纫晥D，其顯示了減小梯形隔肋溫度的凹形凹P ；
[0027]圖7是梯形隔肋實(shí)施例2的橫截面?zhèn)纫晥D，其顯示了減小梯形隔肋溫度的凸形凹 □ O
【具體實(shí)施方式】
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[0028]以下結(jié)合附圖和技術(shù)原理對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]參見(jiàn)圖1?2，本發(fā)明一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在葉片本體I頂部外表面上的梯形隔肋8和若干射流孔12 ;其中，梯形隔肋8的上表面9和內(nèi)表面10之間開(kāi)設(shè)有沿梯形隔肋8內(nèi)側(cè)延伸的凹口 11。
[0030]具體來(lái)說(shuō)，葉片本體I的內(nèi)部為冷卻通道6，冷卻通道6由葉片本體的壓力面4和吸力面5，以及將壓力面4和吸力面5的兩端連接在一起的前緣2和尾緣3圍設(shè)而成的。葉片本體的頂部包括將冷卻通道6封上的葉片頂板13，以及分布在壓力面4和吸力面5頂部外表面上的梯形隔肋8和若干射流孔12，其用于減少葉片本體I與護(hù)環(huán)15之間的葉頂間隙16的泄漏流，以及降低葉片頂板13和梯形隔肋8表面的傳熱系數(shù)，降低透平葉頂溫度。
[0031]在所示的實(shí)施例中，梯形隔肋8分布在葉頂外表面上的壓力面4和吸力面5頂部外表面上，吸力面4頂部外表面上的梯形隔肋8沿著葉片本體I的前緣2至尾緣3方向延伸，壓力面5頂部外表面上的梯形隔肋8布置在葉片前緣2區(qū)